【原创】打造8K-160M的矢量网络分析仪

airzwd

前几年打造了一款0-70M扫频仪,受到广大坛友的肯定，很是开心。得益于现在强大的互联网，让我们更加快速地获得信息，这在以前是不可想象的。想当初玩收音机的时候，只能从书里、无线电杂志、电子报等获取信息，找元件更是艰辛，大城市还好一点，在中小城市，想要找到心仪的元件是多么困难。感谢互联网，感谢马云的某宝，让我们可以玩得起以前想都不敢想的玩具。随着我们获取信息越来越丰富，但沉下心来钻研技术的人反而变得更少了。可能现在比收音机更有意思的东西太多了。正文之前感慨一下。
这款矢量网络分析仪是笔者在前几年打造完扫频仪之后就开始考虑的事情，但时间精力限制了实施。扫频仪有以下几个缺点：－、频率范围偏窄，不能很好覆盖FM波段；二、无法测量反射量，只能测量传输量；三、测量的结果是标量数据，不是矢量数据。去年总算有点闲暇时间了，就把想法付诸行动了。目标是打造出一款结构简单，工作可靠，成本低廉，方便仿制的矢量网络分析仪。一开始的想法是用2.8寸的液晶屏的，这样方便出门携带，但为了简化结构，最终方案还是决定延续扫频仪的风格，将显示计算的工作交得我们的电脑来处理，电路板只负责采集数据。

    设计思路参考了国外DG8SA的电路，结构框图如图1如示。将测量信息通过NE602变频，转换成2K左右的低频信号，低频信息包含有信号的幅度和相位信息，这样可以做到真正的矢量测量。相比于AD8302的方式，这种方式可以完整的测量-180度至180度的相位信息，这是AD8302实现是比较困难的，此外，AD8302对假响应信号不能很好过滤掉。DG8SA设计的矢网是将低频信号送至电脑的声卡采集，这样无型中增加了系统的复杂性，系统设置也变得复杂。本系统将低频信号送至音频采集芯片TLV320AIC23B中，然后用单片机STM32F072将信息通过USB方式传至电脑，完成整个数据采集工作。STM32F072本身带有USB模块，所以省掉了USB芯片，简化了设计。
高频信号通过SI5351A时钟芯片产生。DG8SA是用两片DDS芯片来产生的，然后利用DDS的谐波将频率扩展至1.3G。本系统使用的SI5351A时钟芯片能产生8K至160M的高频信号，能满足AM-FM频段的要求，再高频段没有使用了，主要是因为：一.160M基本满足广播爱好都使用了；二.利用谐波扩展到高频段动态只有40db；三.校准需要用到专用的校准件，会大大增加成本，而本系统用自制的简单校准件就可达到理想的精度。

   具体电路图2，电路原理分析如下：SI5351产生3路信号，分别是测量信号、参考信号、单片机时钟信号，其中测量信号和参考信号是可变的，时钟信息为8M固定不变的。测量信号通过电桥输出，通过U3U4变频可以得到幅度和相位信息。U5可以测量出传输信号的幅度和相位。参考信号分别送至U3U4U5的本振端。U3U4U5的低频信号通过RC低通网络经U10U11U12运放放大再送至U2做音频采集，U9是模拟开关，可以切换通道，分别测量反射信号和传输信号。注意，U3U4U5运放应当选用轨到轨单电源运放，对其它参数不敏感，毕竟只是处理音频信号。U2音频采集芯片TLV320AIC23的音频信号是通过I2S方式输出的，选用带I2S模块的单片机STM32F072对信号采集，再将采集的数据送至电脑，完成数据采集的流程。TLV320AIC23内有两个16/24/32位的过采样ADC，但本系统只采用16位采样的模式，因为再高的采样位已没有意义，噪音已覆盖了有用信号。所以本系统的动态范围为S11(60db),S21(70db),对业余爱好者使用来说已完成足够了。
    上位机采用C#来编写的，支持WIN7及以上的系统。采用自动识别硬件的方式，免去了手动设置的麻烦。将采集的音频信号通过傅利叶快速变换FFT,得到信号的幅值和相位，得到完整的矢量信息。系统的校准和计算都交给电脑来完成。界面都是作者根据实际情况编写完成的，显示界面没有使用第三方控件，而是利用GDI编写，所以简陋了些。
    在这半年里，用闲暇时间，先后完成了可行性论证，单元电路论证，电路图绘制，PCB绘制，单片机程序编写，上位机程序编写，系统测试。PCB经历过3次改版，还有一大堆用来验证的元件，翻看 了以前没有好好看的书籍，也从中学会了很多的知识，其中的困难不是对广播有深沉的爱好的人是没法坚持的，我想这也是其它坛友的心声吧。互联网改变了很多事情，但我们对广播的热爱一直都没变。

airzwd

失望，无人问津的地步。

极速外卖

典型的ZIF三接收机网分  似乎用的纯电阻桥，不知道现在满屏扫描点数能达到多少

如有兴趣，建议试制一下有一定方向性的桥，我这里可以提供一些测试条件支持

ZIF结构，IF型号不应该标注为音频信号，RF信号源不应该紧挨着IF部分，如果可以最好补充一些屏蔽措施。

如要提高性能，不应再使用廉价PLL+NE602这类混频器组合作为前端，至少也得ADF435X系列
我用的是HMC830，不过这个片子应用难度比较大了。

上位机软件是全DIY的吗，非常有兴趣。

kunlun

门槛太高

airzwd

矿坛铁粉 发表于 2019-6-14 18:54
古来圣贤皆寂寞，真正原创的东西关注的人少，何况坛子里对单片机多少有一些排斥，如果楼主仿制个胆机收音机 ...

我除了同意你，其它没什么好说了。谢谢你的回复。

airzwd

kunlun 发表于 2019-6-14 16:58
门槛太高

不高不高

iffi123

lz可以举个例子,说明这东西对于diy收音机有很大帮助, 这样大家就会感兴趣了, 毕竟东西做出来是要拿来实际使用的

airzwd

iffi123 发表于 2019-6-14 21:22
lz可以举个例子,说明这东西对于diy收音机有很大帮助, 这样大家就会感兴趣了, 毕竟东西做出来是要拿来实际使 ...

简单说一下矢网的作用：1、可以替代标量扫频仪使用，用于收音机的中周，带通，高通，低通的测量。2、可以测量天线的驻波比3、用于天线的阻抗匹配，这对于发射信号至关重要。4、测量传输的群时延。还有很多很多的功能。矢量网络分析仪又称为高频电路的万用表。

JIAHUIFENGtt

这个好，支持一下，高深的东西，利于进一步学习。

airzwd

极速外卖 发表于 2019-6-14 23:28
典型的ZIF三接收机网分  似乎用的纯电阻桥，不知道现在满屏扫描点数能达到多少

如有兴趣，建议试制 ...

终于遇到同好了。是的，只是当做玩具来玩的东西，精度勉强够用就是了。扫频点数为500个频点。你所说的建议非常有建设性，一看就看出问题来了。这个玩具本来就定仪位在AM-FM频段使用的，所以杀鸡焉用牛刀啊？上位机是我独立编写的，用一点一点的零碎时间。

airzwd

极速外卖 发表于 2019-6-14 23:28
典型的ZIF三接收机网分  似乎用的纯电阻桥，不知道现在满屏扫描点数能达到多少

如有兴趣，建议试制 ...

标注音频信息只是为让更多的人看得懂罢了 毕竟使用的是音频IC,哈哈。

airzwd

天风雪雨 发表于 2019-6-14 23:34
对于高频电路来说，这个比扫频仪要好太多了。

所以说，矢量网络分析仪是射频万用表就是这个道理。感谢关注。

g13108

刚刚看到这个帖子，楼主绝对是软硬兼施了，厉害。坛子里的大多数朋友能做到照猫画虎，就不错了。

66718

这个牛，
关注的人少，一是仪器板块不如晶体管和电子管板块热度高，这里的人少。
二是矢网，对于一般的的爱好者来说，接触的比较少，普及程度不高，

现在矢网已经百花齐放了，NanoVNA矢网，国内已经有爱好者引入了，价格感人，我相信加上楼主的矢网，应该很快在国内兴起一股玩矢网的高潮。

小声问一句，楼主有套件出吗？